第六章 红外光谱分析法(1)PPT课件

第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
国家生化工程技术研究中心
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总体概述
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布鲁克红外光谱仪产品系列
Research FTIR Tensor 27/37
外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特
征峰的强度变化进行定量分析。
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一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区 中红外区 远红外区
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2. 红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
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二、红外光谱产生的条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
ΔE转动 0.005 ~ 0.05ev, λ转动 250 ~ 25μm
E1
υ2 υ1 υ0
E0
分子振动吸收光谱
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2 1
J
0
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J
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J
0
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2 1
J
0
分子转动吸收光谱
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。
红外光谱也称分子的振、转动光谱。
作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~50
13333~4000 4000~200
分子振动
远红外光 50~1000 200~10 分子转动
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁
❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰
❖ 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象
❖ 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析
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第一节 红外光谱分析的基本原理
一、概述 二、红外吸收光谱产生的条件 三、分子中基团的基本振动形式 四、红外吸收峰强度
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一、概述
1. 红外光谱
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(Δν振动 Δν转动 )
hc / ( λ振动 λ转动 ) ΔE振动 0.05 ~ 1ev,
λ振动 25 ~ 1.25μm
➢ 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪
制成
➢ 1946年制成双光束红外光谱仪
➢ 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光
谱仪
➢ 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速
度大大提高
➢ 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显
微红外光谱仪等
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红外光谱的应用
• 提供聚合物的化学性质、立体结构、构象、序列 状态及取向等许多定性和定量的信息。ห้องสมุดไป่ตู้
Advance Research FTIR VERTEX 70
Hi-End FTIR IFS66/66v/S IFS125HR/120M
55,000 ~ 4cm-1 117张谱/秒
High Resolution: 0.0007cm-1
EQUINOX55+望远镜:
Etna (Italy)火山监测
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特殊FT-IR 原位在线
常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵
样品用量少，可达微克量级
红外光谱主要用于定性分析
但也可用于定量分析
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➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
特殊应用
遥测、车载、水下
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货币真伪鉴别
利用红外光谱 分析了20美元 纸币安德鲁 杰克逊眼睛部 位的黑色油墨 的光谱信息
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毛发处理历史鉴别
可以鉴别样本主人是否进行过染发、所使用的染发剂
以及是否服用了某些药物
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对某汽车所宣称的三层 涂料进行验证
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红外光谱的历史
➢ 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线
红外吸收光谱法：
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
应用最为广泛的红 外光谱区
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动
❖ 某些变角振动、骨架振动异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析 16
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➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
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主要内容
第一节 红外光谱基本原理 basic principle of Infrared absorption spectroscopy 第二节 红外光谱与分子结构 infrared spectroscopy and molecular structure 第三节 红外光谱仪器 infrared absorption spectrophotometer 第四节 红外谱图解析 analysis of Infrared spectrograph
(1) 辐射能应具有能满 足物质产生振动跃 迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。19
• 鉴定聚合物的主链结构、取代基的种类及位置、 双键位置及分子侧链结构等
• 化学反应机理、材料老化和降解机理等方面的应 用
• 高分子材料中添加剂、助剂成分分析，黏合剂及 涂料中多种组分的分析
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3. 红外光谱的特点
每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红外光 谱能提供丰富的结构信息
任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测 定，这是其它仪器分析方法难以做到的